AI时代的热管理革命：从液冷系统看冷却液的发展趋势-

1产业深度产业深度摘要：排，将液冷从“可选配置”推向“合规必选”。冷板式与浸没式两大技术路线的竞争与互补正主导着液冷行业发展的方进趋势将直接带动冷却液品类从水基向含氟工质等高附加值方向延伸。系统”的四维路径演进，体现为技术路线场景化、材料体系多元化融合材料科学、热力学与智能控制技术的综合热管理解决方案。供应链与成本风险，环保政策与法规风险产业研究中心往期回顾通航动力产业深度：国产替代，道阻且长——低空经济系列（九）2026.01.19【深度】2026年A股并购市场投资展望2026.01.08加速与应用——2025年全球人工智能技术、政策、产业与投融资趋势全景洞察报告2026.01.08“矛与盾”的对抗统一，反无人机行业快速发展2026.01.072026自动驾驶元年八大展望2025.12.28产业深度2 4 4 5 62.液冷系统的分类及技术特点 7 7 72.1.2.冷板式液冷的优势 82.1.3.冷板式液冷的劣势 92.1.4.冷板式液冷系统的革新：两相式冷板及微通道冷板 92.2.浸没式液冷（Immersion 10 102.2.2.浸没式液冷的优势 2.2.3.浸没式液冷的劣势 2.3.喷淋式液冷（SprayCool 12 122.3.2.喷淋式液冷的优势 122.3.3.喷淋式液冷的劣势 133.冷却液的性能需适配相应的液冷系统 133.1.水基冷却液：适配冷板式液冷系统 133.1.1.冷板式液冷系统对冷却液的性能要求 133.1.2.冷板式液冷系统以水基冷却液为主导 143.2.油基冷却液：适配单相浸没式冷却系统 143.2.1.单相浸没式液冷对冷却液的核心性能要求 143.2.2.油基冷却液的种类和特点 14 153.3.1.双相式式液冷系统对冷却液的性能要求 16 163.3.2.1.氢氟醚（HFE） 17 3.3.2.3.全氟烯烃（PFOA）及氢氟烯烃（HFO） 17 183 18 184.未来冷却液的发展趋势：面向高密度算力与可持续发展的演进之路 194.1.技术路线趋势：从并行发展到场景分层，浸没式引领终极散热 194.2.冷却液材料趋势：性能、成本与环保的“不可能三角”寻求突破 204.3.系统生态趋势：从单一产品到全栈服务，智能化 205.风险提示 225.1.技术迭代与路线竞争风险 225.2.市场需求波动与技术渗透不及预期 225.3.供应链与成本风险 225.4.环保政策与法规风险 2241.液冷技术兴起的背景：算力跃迁下的热过去十年间，信息技术经历了翻天覆地的变化。云计算、大数据、人工智能、区块链、元宇宙等新兴应用层出不穷，推动全球数据量呈爆炸式增长。据ID2024到2028五年间生成的数据量将至少是过去10年生成的数据总量的2.2倍，数据来源：IDC数据来源：科智咨询，国泰海通证券研究然而，随着摩尔定律逐渐放缓，芯片制造商转而通过提升晶体管密度、增5在这种高功率密度环境下，传统风冷散热方式已接近物理极限。空气的比热容和导热系数均较低，且受气流组织不均、局部涡流、灰尘积聚等因素影响，难以实任务的稳定性与连续性。人工智能尤其是大模型训练已成为液冷技术最核心的应用场景。训练一个千亿参数级别的语言模型机柜功率已达25-50kW，部分峰值会更高，远超传统风冷的承载能力（一般不超图3：按机架密度划分的适用冷却技术高效执行。例如，在双相浸没式液冷系统中，冷却液在芯片表面沸腾吸热，相变算平台，对散热系统提出严苛要求。液冷不仅能满足其高热通量需求，还能减少除了散热瓶颈外，能源效率问题也成为制约数据中心发展的等辅助设施。面对日益严峻的碳排放压力，各国政府纷纷出台政策推动数据中心6欧盟（基于指南2025）中国（基于2024-2025年政策与实践）核心差距2025年平均PUE不大于1.5，枢纽节点低液冷技术凭借卓越的热传导性能，可大幅降低制冷能耗。液冷技术凭传导性能，可大幅降低制冷能耗。据行业实践数据，采用液冷技术的数据中心，房或工业现场，空间极为有限，无法容纳传统风冷所需的庞大通风结构和冗余散浸没式液冷允许服务器垂直堆叠，同时也无需复杂的冷热通道隔离设计，简化了机房布局，提高了空间利用率。这对于土地资源紧张的大都市或需要快速部署的临时计算节点而言具有重要意义。此外，液冷系统支持模块化部署，便于快速安装与扩展。一些厂商已推出“即插即用”型液冷机柜，可在数小时内完成上线，满综上所述，液冷技术的兴起并非偶然，而是算力跃迁、能效约束与空间优化趋势共同作用的结果。它不仅是应对当前热管理挑战的技术选择，更是构建未来72.液冷系统的分类及技术特点图4：2023-2026年液冷散热技术于AI数据来源：集邦咨询，国泰海通证券研究根据对服务器的散热方式的不同，液冷技术按可分为冷板式、浸没式和喷淋式三目前冷板式以80%的市场占比坐稳商业化落地的主流位置，浸没式则凭借极致的冷板式液冷因其良好的兼容性、较高的可靠性与适中的部署成本，成为当前应用最广泛、商业化程度最高的液冷技术。冷板式液冷是一种间接接触式液8图5：冷板式液冷系统原理图后的高温液体返回CDU，在换热器中将热量排出4）冷却后的液冷板，形成闭环散热。由于冷却液不直接接触电子元器件，仅通过金属冷板进行2.1.2.冷板式液冷的优势商如浪潮等均已推出支持冷板式液冷的标准化机型，便于数据中心在不停机的情不仅提升了数据中心工作人员的舒适度，也更适合部署在城市中心或办公楼宇内险。即使发生轻微泄漏，也可通过密封设计和传感器及时报警，不会造成设备损92.1.3.冷板式液冷的劣势电源模块、主板供电电路等次级热源无法有效冷却。这些区域仍需依赖少量风扇乙二醇溶液虽防冻但有毒性，存在环保隐患；部分专用冷却液价格昂贵。此是在老旧数据中心改造时，如何合理布置主干管路、避免与其他设施冲突，是一2.1.4.冷板式液冷系统的革新：两相式冷板及微通道冷板单相冷板的散热上限被突破，但为了适配高功率平台的散热需求，业界也在单相数据来源：艾邦笔电论坛利用相变潜热显著提升单通道的换热能力，解热效率明显优于单相冷于单柜两百至三百千瓦的场景，但目前定性为过渡方案，在更远期的未来应用于功率越来越高的平台来说仍存在较大的局限性。微通道盖板通过在冷板基板表2：微通道与两相冷板的技术对比维度微通道单相冷板两相冷板中等(ΔT≈5-10°C）极高(ΔT<2°C）中TRL7-8（示范应用阶段）传统风冷与冷板式液冷逐渐逼近散热极限，亟需更高效的热管理方案。浸没式液冷作为目前散热效率最高的冷却技术之一，正加速从实验室走向商业化应用，成为高密度计算场景下的关键支撑。浸没式液冷是一种直接心是将服务器或关键计算模块完全浸入非导电、不燃或难燃的冷却液中，利用液在典型的浸没式液冷系统中，服务器被垂直或水平放置于密封的液内，整个主板、CPU、GPU、内存等组件均被冷却液覆盖。冷却液吸收设备运行产生的热量后，通过自然对流或外部泵送循环至外部换热器，完成热量释放后再图7：单相浸没液冷系统原理图根据冷却液是否发生相变，浸没式液冷可分为单相浸没式液冷（Single-Phase单相浸没式液冷是指冷却液在整个循环过程中始终保持液态，依靠液体流动带走热量；常用的冷却液包括矿物油、合成碳氢化合物和硅油等；该系统结构相对简单，运行稳定，适用于大多数高密度部署场景。双相浸没式液冷是指冷却液在受冷凝区，在冷板作用下重新液化并回流至槽底；这一过程无需泵送即可实现自发循环，能效极高；典型代表为沸点适中的3MN备良好的电绝缘性和化学稳定性，即使长时间浸泡也不会导致电路短路或腐图8：双相浸没液冷系统原理图2.2.2.浸没式液冷的优势（4）静音运行，改善运维环境。系统无高速风扇运转，噪贝以下，近乎无声，特别适合部署在办公区、科研机构或城市边缘节点，解决了（6）余热回收潜力大。高温冷却液可用于建筑供暖、温室农业或工业预热，实障响应速度；若发生硬件更换，需确保新部件兼容冷却液环境；对运维人员专业但落地进度缓慢；产业链分散，从冷却液到机柜再到监控系统，尚未形成完整协表3：冷板式与浸没式液冷技术对比对比维度冷板式液冷浸没式液冷高，单机柜成本为冷板式2-3倍超算中心、AI训练集群、量子计算数据来源：华为云，国泰海通证券研究喷淋式液冷是一项具有前瞻性的热管理技术，通过精准控制冷却液喷洒过程，实现对高热流密度芯片的定向降温，凭借其高散热密度、低液耗和良好可维护性，在特定高热流场景中展现出独特优势，但目前应用场景较少，主要在航天电子、军工雷达、高功率激光器等对散热密度和可靠性要求极高的特种领域试用。或功率模块）表面安装微型喷嘴阵列，将绝缘冷却液以雾化或细流形式直接喷射至芯片表面，利用液体蒸发吸热或显热交换带走热量。根据工作模式不同，喷淋图9：喷淋式液冷系统原理图2.3.2.喷淋式液冷的优势2.3.3.喷淋式液冷的劣势而引发短路或腐蚀风险。因此对系统密封性、材料兼容性和长期运行稳定性要求检测与更换，增加运维负担。此外，部分环保型冷却液仍存在全球变暖潜能值3.冷却液的性能需适配相应的液冷系统液冷系统本质上是一个封闭循环的热管理系统，其运行依赖于冷却液作为传热介质。冷却液不仅承担热量传递功能，还需具备电绝缘性、材料兼容性、化学稳定性、环保性等多重属性。然而，不同类型的液冷系统在结构设计、工作原理和应用场景上存在显著差异，对冷却液的物理化学性能提出了差异化要求。因此，冷冷却液的选择直接影响整个液冷系统的安全性、寿命与运维成本，是液冷产业链中价值密度最高的环节之一。3.1.1.冷板式液冷系统对冷却液的性能要求液体能吸收更多热量，提升散热效率2）高导热系数：加快热量从芯片至冷板至冷却液的传导速度3）低粘度：降低流动阻力，减少循环泵能耗4）良好冷板式液冷系统以水基溶液为主导，其中去离子水+缓蚀剂/防冻剂的复合配方凭借高性价比、良好散热能力和成熟工艺占据绝对优势。去离子水是最基础也是最环保无毒等优点，但由于具有一定导电性可能泄露导致短路，易滋生微生物、产生生物膜堵塞通道，长期运行易结垢影响换热效率，寒冷地区需添加防冻长期高温下可能氧化生成酸性物质，需定期更换；泄漏后清理较困难，且乙二醇市场呈现出高度开放、参与者众多、无明显垄断的竞争格局，大部分集成商或终端用户采购去离子水及添加剂自配自用，也存在第三方水基冷却液厂3.2.1.单相浸没式液冷对冷却液的核心性能要求在单相浸没式液冷系统中，由于冷却液直接接触所有电子元件，必须满足一系列严格的技术指标，才能确保系统长期安全可靠运行。以下是单相浸没式液冷系统合理，适合长期采购；供应链稳定，避免“卡脖子”风险；易于回收再生，降低油基冷却液泛指以有机碳氢化合物为基础成分的非水性、非氟化类冷却介质，广更小，但在绝缘性和不可燃性方面存在一定局限。油基冷却液的核心于高绝缘性保障设备安全及卓越的热稳定性与长期可靠性。根据基础油来源和技术路径的不同，油基冷却液主要可分为矿物油型、硅油型、合成碳氢油（特种烃矿物油是从石油中提炼出的碳氢化合物，由于成本低廉，早期广泛应用于变压器油和工业润滑领域。部分厂商将其改良后用于数据中心浸没冷却，典型代表包括石蜡基或环烷基矿物油，优点为价格便宜、来源广泛、具备一定的热传导能力。影响泵送效率；挥发性和可燃性相对较高，存在安全隐患；易积尘形成油泥，维硅油是以硅氧烷为主链结构的合成油，常见的有聚二甲基硅氧烷，化学稳定性优异，广泛用于电子、医疗和航空航天领域。其优点为热稳定性好，工作温度范围宽；电绝缘性强；不易燃，安全性高；抗氧化能力强，使用寿命长。其缺点有导热系数偏低，散热效率不如其他高性能冷却液；成本较高；与某些塑料或密封材合成碳氢油是目前主流浸没式液冷系统中最受青睐的一类油基冷却液，也常被称为特种烃类油，是指通过化学合成或深度精炼工艺制得的、结构高度可控的碳氢化合物液体，主要成分为异构烷烃、环烷烃或聚α-烯烃等。其分子结构更均匀、杂质极少，因而成为替代传统矿物油的理想选择。其优点为极低电导率，完全绝缘，可直接接触电子元件；化学惰性强，不腐蚀金属和大多数聚合物；闪点高，不易燃，安全性好；可生物降解或低环境毒性；导热性能优于矿物油和硅油。其缺点为成本高昂；部分产品仍存在挥发性问题，需密闭系统；对密封材料选择要与水基冷却液的开放生态不同，以合成碳氢油为主的油基冷却液市场呈Fuchs的NEOS™系列产品是全球最早专为数据一，与GRC、Iceotope等液冷设备商深度绑定，是欧洲及液的主流选择，在中国高端项目中也占据领先地位。目前一批以中石化长城润滑油为代表的国内本土企业正在快速跟进，聚焦成本优化与国产替代，中石化已与超聚变、曙光、华为等国内多家液冷服务器制造商开展合作，已完成华为和超聚在当前数据中心冷却液快速演进的技术背景下，硅油虽具备一定性能优势，但受限于导热性能偏低、成本较高及材料兼容性问题，其市场应用始终有限，尚未形学、德国瓦克等老牌硅油厂商，其产品并非专为数据中心设计，但下游用户已经东岳集团、新安股份等产能领先，但其产品主要聚焦建筑、光伏、医疗等领域，在数据中心液冷系统的应用。热稳定性、低表面张力与高流动性及零臭氧消耗潜能等优良特性。正是这些综合性能使氟化液成为目前唯一能同时满足高安全性、高可靠性、高兼容性三大核心3.3.1.双相式式液冷系统对冷却液的性能要求从性能的角度看，氟化液是最理想的数据中心冷却液介质，但由于成本的考量目前更适配两相冷板、浸没式与微通道导入等对散热要求较高的高功率应用场景，特别是在双相液冷式这种对于冷却介质的相变性能及综合物化指标要求较高的液冷却液类型散热效率成本安全性环保性适用场景低低中中中高中高高高数据来源：凯文蔡说材料公众号，国泰海通证券研究双相液冷技术（Two-PhaseLiquidCooling）主要包括双相浸没式（Two-Phase这两类系统虽在结构上有所差异，但均依赖冷却液在吸热过程中发生相变（液态要求。双相液冷的核心机制是利用冷却液的汽化潜热进行热量转移，其散热效率远高于仅依赖显热交换的单相系统。因此，理想的双相冷却液必须具备以下关键（2）高汽化潜热：单位质量液体蒸发时吸收的热量越大，散热能力越强；电子元器件，必须具有极高体积电阻率和击穿电压，同时不腐蚀金属、不溶胀塑可燃或低可燃等级，在密闭系统中可安全运行；氢氟醚是氢、氟、碳和氧的化合物，可被视为氢氟烃分子中的部分氢原子被氟碳化合物（PFC）和部分氢氟烃。氢氟醚在应用中的优点为综合性能平衡，在绝缘性、热传导性和材料兼链较为稳定。缺点为导热率在氟化液中并非最高；长期使用的热稳定性可能略逊3.3.2.2.全氟聚醚(PFPE)种原子，是氟化液中化学惰性和热稳定性最好的品类。根据聚合工艺不同，主要全氟聚醚是高端浸没式液冷系统尤其是单相系统的首选材料之一。其优异的定性和化学惰性确保了在长期与电子元件接触过程中不发生反应、不产生腐蚀性全氟聚醚在应用中的优点为极致的化学惰性与热稳定性，工作温度范围极宽；卓润滑性能好。缺点为生产成本极高，合成工艺复杂，全球仅索尔维、科慕、大金等少数巨头能规模化生产，呈寡头垄断格局；黏度相对较高，流动性稍差；环境液。全氟烯烃（如六氟丙烯三聚体）是完全氟化的，而氢氟烯烃（HFO）则含有具有极低的大气寿命和全球变暖潜能值，是当前环保性能最优异的氟化液类别。目前全氟烯烃与氢氟烯烃被视为下一代浸没式冷却液的主流发展方向，尤其适用于对环保要求严苛的地区和项目，以及需要利用其相变潜热的高效双相浸没式冷秀的传热效率，汽化潜热高，特别适合相变冷却；良好的绝缘性和不燃性。缺点体现在部分产品的化学稳定性可能略低于全氟聚醚，长期在高温下与某些材料接触需谨慎评估；生产工艺复杂，成本高昂；作为较新的产品系列，长期可靠性数全氟胺是全氟化的叔胺类化合物，例如全氟三乙胺、全氟三丙胺等，其分子中心为氮原子，连接三个全氟烷基。这类物质具有极低的表面张力和极佳的流动性。全氟胺很少作为单一的冷却液主体使用，这主要是因为其热稳定性相对有限，但可以作为功能添加剂与其他品类的氟化液复配使用。如将全氟三乙胺添加到全氟聚醚基础液中，可以有效中和系统运行中可能产生的微量酸性物质，防止其对电路板的腐蚀，从而显著提升整个冷却液体系的长期稳定性和可靠性。全氟胺的优因其较高的全球变暖潜能值而受到《基加利修正案》等国际公约的严格限制与逐前，其在数据中心冷却领域已基本被更环保的氢氟醚、氢氟烯烃和全氟聚醚所取表5：不同类型氟化液综合性能对比类型全氟饱和化合物全氟不饱和化合物氢氟饱和化合物氢氟不饱和化合物<2<2>5000<500<530在全球数据中心液冷化浪潮中，氟化液作为浸没式液冷的核心介质，正从一个小众的精细化学品赛道，演变为关乎算力基础设施安全与效率的战略性材料。其竞争格局正经历一场深刻的变革：以3M为代性退出，留下了巨大的市场真空，而一批具备技术积累和产业链优势的中国企业氟化液行业的竞争格局在过去几十年间呈现出典型的高技术壁垒寡头垄断特征。大金（Daikin）及AGC等少数国际化工巨头主这些企业构建了从核心专利、生产工艺到下游客户认证的完整壁垒，使后来者难然而，这一看似稳固的格局在近年来被彻底打破。3M始清理库存，其位于比利时的主要工厂也已因环保原因关闭。这一决策源于全球一个时代的终结，即单纯追求性能而忽略环境影响的传统氟化液发展模式面临挑此消彼长之间，中国氟化液企业迎来了前所未有的战略机遇。中国拥有全球最完整的氟化工产业链，拥有从萤石资源到氢氟酸、含氟单体的完整体系，为下游高端氟化液的生产提供了坚实基础。在政策驱动和市场需求的双重刺激下，一批国内企业迅速从技术研发、产能建设到下游认证全面发力，开启了国产替代的黄金集中于核心技术路线的突破及产能扩张速度。全氟聚醚的合成工艺复杂，技术壁垒极高，全球仅有索尔维、科慕、大金等少数公司能实现量产，国内领先企业已在该领域取得实质性突破，并形成了不同的技术路径。诺亚氟化工自主研发的氟化液产品凭借“化学惰性稳定、热传导效率超传统介质以下、单机柜散热功率突破100kW”的性能数据，为NVIDIA新一代AI服务器全氟聚醚、LPU系列浸没式冷却液、全氟己酮、氢氟醚等系列产品；永永太科技、多氟多等上市公司也积极布局氟化液领域。面对确定性的市场需求，国内主流厂商已展开一场产能建设竞赛，投资规模从数亿到数十亿元不等，目标演进之路在全球算力需求爆发式增长与“双碳”战略深入推进的宏观背景下，数据中心正经历一场由散热瓶颈驱动的深刻技术变革。液冷技术从辅助方案演进为高密度算力的核心基础设施，而作为其“血液”的冷却液，其技术路径、材料体系和产业生态4.1.技术路线趋势：从并行发展到场景分层，浸没式引领终极散热冷却液的技术发展与其适配的液冷系统架构强耦合。当前，冷板式与浸没式两种主流路线并非简单的替代关系，而是基于不同的功率密度、成本敏感度和部署场冷板式液冷在介质与系统两个层面呈现出持续优化趋势。在介质升级层面，单相冷板以水、乙二醇水溶液为主；为应对更高热流密度，业界正在推进升级为板内汽化相变吸收大量潜热，散热效率显著高于单相；目前行业龙头英伟达已在其下一代芯片路线中探索颠覆性的双相冷板方案。在系统智能化层面，板式系统的前提下，尽可能提升冷却水回水温度，从而延长自然冷却时间，降低整体制冷单相浸没系统成为主流方式被阿里等互联网巨头采用；而双相浸没系统凭借更高的散热能力和极限，在超算等极端场景已率先应用；随着密封与循环系统技术的没系统的普及，浸没式液冷的全生命周期经济性将日益凸显。冷却液材料本身的发展，是解决液冷技术大规模应用核心瓶颈的关键，其演进围成本极低的优势，仍将是主流。发展趋势在于添加剂的优化，以提升其防腐、防氟化液主流品类在不断迭代升级，从早期的氢氟烃再到全氟烯烃和氢氟烯烃，性能与成本一直是品类升级的核心考量因素，而在环保压力日益严峻的形势下环保性能成为新一代氟化液的重点。而随着欧美巨头逐步退出氟化物的生产，国内氟化工龙头抓住填补市场空白的战略机遇期，以巨化股份、新宙邦为代表的中国企业正加速技术攻关和产能建设。以润禾材料的方案为例，其改性硅油冷却液在在保持85%氟化液性能的同时，成方案还有